Análise da viabilidade econômica da produção de hidrogênio em usinas hidrelétricas: estudo de caso em Itaipu

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção.Em muitas Usinas Hidrelétricas, quando as afluências são maiores que a demanda de energia, uma parcela de água que ainda poderia ser utilizada para gerar energia é desviada para o vertedouro e literalmente desperdiçada. Essa energia, cuja denominação é Energia Vertida Turbinável, poderia ser aproveitada para gerar algum outro produto ou vetor energético que possibilitasse seu armazenamento e posterior utilização, já que nessas ocasiões não é possível seu armazenamento sob forma de água em reservatórios. Esse trabalho estuda a viabilidade de utilização dessa energia na produção de hidrogênio em Usinas Hidrelétricas, analisando a instalação de uma planta protótipo na Usina Hidrelétrica de ITAIPU, situada na fronteira de Brasil e Paraguai e pertencente em condomínio a esses dois países, ainda a maior usina hidrelétrica do mundo com uma potência instalada de 12.600 MW e atualmente ampliando sua capacidade para 14.000 MW com a instalação de duas novas unidades geradoras. A aplicação do hidrogênio na geração de energia elétrica e em motores de veículos, em células combustíveis, vem se desenvolvendo rapidamente e é apontada como virtual sucessora da era do petróleo, entretanto, atualmente, a maior parte do hidrogênio consumido mundialmente é produzido a partir de derivados do petróleo ou de outros combustíveis fósseis. A produção do hidrogênio através de uma fonte renovável e sua aplicação em células combustíveis, contribuirá ainda para a redução da poluição tendo em vista que esse é um processo com emissão zero de poluentes. Apesar de existir tecnologia disponível, a efetiva difusão da utilização do hidrogênio ainda necessita do estabelecimento de uma infraestrutura adequada para sua distribuição e comercialização e da redução do custo em praticamente todas as etapas do seu ciclo de vida, da produção à distribuição, além da redução do custo das células combustíveis. Estima-se que isso poderá ser alcançado em um futuro próximo através do ganho de escala a ser obtido com aumento de sua utilização. In many Hydroelectric Power Plants, when the inflows are greater that the demand for energy, a portion of the water that could still be used to generate energy is diverted to the spillway and literally wasted. This energy, designated as 'Spilled Turbinable Energy', could be used advantageously to generate some other product or energy vector that would permit its storage and subsequent utilization, since on these occasions it is impossible to store it in the form of water in the reservoirs. The present work studies the feasibility of using that energy for the production of hydrogen in Hydroelectric Power Plants, analyzing the installation of a prototype plant at the ITAIPU Hydroelectric Power Plant, situated on the frontier between Brazil and Paraguay and belonging in condominium to both those countries, still the greatest hydroelectric power plant in the world with an installed power of 12,600 MW and actually increasing its capacity to 14,000 MW with the installation of two new generator units. The application of hydrogen for the generation of electrical energy and for vehicle engines, in fuel cells, is developing rapidly and is forecast as the virtual successor of the petroleum era, although, at present, the greater part of the hydrogen consumed in the world is obtained from petroleum products or from other fossil fuels. The production of hydrogen from a renewable source and its application in fuel cells, will also contribute to reducing pollution since this is a zero pollutant emission process. In spite of the technology already being available, the effective dissemination of the use of hydrogen still requires the establishment of an adequate infrastructure for its distribution and marketing, and for reducing its cost in practically all the stages of its life cycle, from production to distribution, as well as the reduction in the cost of the fuel cells. It is estimated that this can be attained in the near future through the advantages of scale to be obtained with its increased utilization